CN112921177A - 硅锰合金高效冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种硅锰合金高效冶炼方法，将水洗渣，硅锰合金渣，冶炼烟气除尘后产生的冶炼尘灰及氧化铝制成的预配料与锰矿等原料一并加入到矿热炉中进行冶炼，一方面有效的处理了部分硅锰合金冶炼过程中产生的废渣，另一方面干燥的水洗渣和硅锰合金渣有利于改善冶炼过程中矿热炉的热力学条件，提高冶炼效率。水洗渣和冶炼尘灰中含有大量的氧化钙及氧化镁，能够满足矿热炉内碱度的调节需要，干燥水洗渣、硅锰合金渣及冶炼尘灰中含有大量的硅和锰，回炼后能够显著提高硅和锰的回收率。同时，干燥水洗渣和冶炼尘灰具有较高的熔点，配合加入氧化铝，能够有效地提高炉渣熔点，从而提高炉温，加速矿热炉内还原反应速率。

Description

硅锰合金高效冶炼方法

技术领域

本发明属于冶金化工技术领域，具体涉及一种硅锰合金高效冶炼方法。

背景技术

硅锰合金是由锰、硅、铁及少量碳和其它元素组成的合金，是一种用途较广、产量较大的铁合金，是炼钢常用的复合脱氧剂，又是生产中低碳锰铁和电硅热法生产金属锰的还原剂。硅锰合金是在矿热炉中用炭同时还原锰矿石(包括富锰渣)和硅石中的氧化锰和二氧化硅而炼制生产的。传统的硅锰合金的生产工艺产生大量的废气和废矿渣，对大气环境及土壤环境造成严重的污染，因此，企业不得不投入巨额的治理成本，但却收效甚微。

目前，对于冶炼矿渣的处理方法主要包括填埋、作为制作水泥的原料或部分回炼。由于冶炼矿渣中含有大量的氧化钙、氧化镁及硅、锰等具有回收价值的物质，直接填埋或作为制作水泥的原料时，显然其经济价值较低。现有技术中提供的一种硅锰渣回炉代替白云石冶炼硅锰合金工艺，通过将硅锰矿渣进行一定的前处理后，回炼，以利用硅锰渣中含量较高的氧化钙及氧化镁替代用于调节矿热炉碱度的白云石，同时也能够一定程度提高锰的回收率，但是，实际生产中，硅锰矿渣通常以水洗渣的状态存在，如简单处理后直接加入，大量水分的存在会对矿热炉的运行产生严重的影响，同时，较小粒度的水洗渣与原料一并加入矿热炉中，导致矿热炉“塌料”的次数明显增多。

对于矿热炉高温烟气的处置方式多为除尘后直接排放，对于大气环境造成严重污染，且浪费热能。且高温烟气直接除尘，大大降低了除尘设备的有效寿命。现有技术中，提供了一种利用矿热炉高温烟气的高的热能作为锅炉的热源介质，但是这种方式不仅需要投入过高的设备成本，且高温烟气中的含硅粉尘附着于锅炉的炉壁上，难以处理，影响锅炉换热效率，给锅炉的安全运行带来安全隐患。而且该种方式不能有效地较低矿热炉烟气中含有有害废气，依然存在着较用严重的大气环境污染。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种硅锰合金高效冶炼方法，以解决现有技术中存在的硅锰合金冶炼过程中存在的锰回收率不高、冶炼矿渣及冶炼废气难以处理的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种硅锰合金高效冶炼方法，将占原料总进料量8％～20％的预配料与锰矿石、富锰渣、硅石、焦炭混合，在密闭型矿热炉内进行冶炼；其中，所述预配料包括干燥水洗渣、硅锰合金渣、冶炼尘灰及氧化铝。

优选地，按重量份计，所述预配料包括干燥水洗渣100份～200份，硅锰合金渣50份～100份、冶炼尘灰20份～50份及氧化铝5份～10份。

优选地，所述硅锰合金高效冶炼方法包括以下步骤：

a.将所述预配料与锰矿石、富锰渣、硅石、焦炭混合，在密闭型矿热炉内进行冶炼，所述矿热炉炉顶产生还原烟气，且炉低产生冶炼矿渣；

b.步骤a中所产生的还原烟气与富氧空气及辅助燃料气混合燃烧，产生高温含尘烟气；

c.步骤a中所产生的冶炼矿渣与工业水混合水洗，并沥干，得到水洗渣；

d.步骤c中所得到的水洗渣与步骤b中所产生的高温含尘烟气换热，所述水洗渣经混干至含水率小于3％，得到干燥水洗渣，所述高温含尘烟气经换热降温后形成中温含尘烟气；

e.步骤d中所得到的干燥水洗渣与硅锰合金渣、冶炼尘灰及氧化铝按预定比例充分混合，得到预配混合料，其中，所述冶炼尘灰由下述步骤f中所得到的低温含尘烟气进行干式除尘所得；

f.步骤e中所得到的预配混合料与步骤d中所形成的中温含尘烟气充分接触换热，得到所述预配料及低温含尘烟气。

优选地，步骤f中所得到的低温含尘烟气的除尘方式为旋风分离除尘。

优选地，步骤f中，对所得到的预配料进行造粒操作，得到粒状预配料。

优选地，所述粒状预配料的平均粒径为0.5cm～1cm。

优选地，利用所述水洗渣作为湿料，对所述预配料进行造粒。

由上述技术方案可知，本发明提供了一种硅锰合金高效冶炼方法，其有益效果是：将由硅锰合金冶炼过程中产生的干燥水洗渣，硅锰合金破碎过程中产生的硅锰合金渣，矿热炉顶部烟气除尘后产生的冶炼尘灰及氧化铝混合制成的预配料与冶炼硅锰合金的原料一并加入到矿热炉中进行冶炼，一方面有效的处理了部分硅锰合金冶炼过程中产生的废渣，另一方面干燥的水洗渣和硅锰合金渣有利于改善冶炼过程中矿热炉的热力学条件，提高冶炼效率。同时，由于干燥的水洗渣和冶炼尘灰中均含有大量的氧化钙及氧化镁，可以满足矿热炉内碱度的调节需要，干燥水洗渣、硅锰合金渣及冶炼尘灰中含有大量的硅和锰，回炼后能够显著提高硅和锰，尤其是锰的回收率。同时，干燥水洗渣和冶炼尘灰具有较高的熔点，配合加入氧化铝，能够有效地提高炉渣熔点，从而提高炉温，加速矿热炉内还原反应速率。

具体实施方式

以下对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

一具体实施方式中，一种硅锰合金高效冶炼方法，将占原料总进料量8％～20％的预配料与锰矿石、富锰渣、硅石、焦炭混合，在密闭型矿热炉内进行冶炼；其中，所述预配料包括干燥水洗渣、硅锰合金渣、冶炼尘灰及氧化铝。

具体地，按重量份计，所述预配料包括干燥水洗渣100份～200份，硅锰合金渣50份～100份、冶炼尘灰20份～50份及氧化铝5份～10份。

具体地，所述硅锰合金高效冶炼方法包括以下步骤：

S101.将所述预配料与锰矿石、富锰渣、硅石、焦炭混合，在密闭型矿热炉内进行冶炼，所述矿热炉炉顶产生还原烟气，且炉低产生冶炼矿渣。

按重量份计，例如，生产一吨硅锰合金时需要的原材料的组分如下：锰矿石(以平均含锰量28.5％计)的质量为2000Kg～2100Kg，富锰渣(以平均含锰量36％计)700kg～800kg，硅石250kg～280kg，焦炭450kg～550kg以及预配料50kg～100kg。上述原料经称重后，混合均匀，送入25000KVA的密闭的硅锰合金矿热炉中进行冶炼，保持在1600℃～2000℃的冶炼温度下冶炼3h～6h。

为减少单耗，降低冶炼矿渣的排量，优选地，采用高品质的锰矿石，例如，采用如科特迪瓦矿、澳矿、南非烧结矿、半碳酸高品矿及青海矿的至少一种，例如，采用高锰含量的科特迪瓦矿及澳矿与锰含量较低的青海矿混合配比，一方面提高冶炼效率，降低生产成本，另一方面降低矿渣的排量。

冶炼过程中，在所述矿热炉的炉顶产生高温的还原烟气，所述还原烟气的温度高达650℃～750℃，主要含有一氧化碳(约占74％～83％)和少量的二氧化碳(约占2％～10％)，所述还原烟气中还含有大量的粉尘，粉尘经分离后，得到的冶炼尘灰中含有占冶炼尘灰总重量约26％的碳，38％的氧化钙及12％金属氧化物。

S102.步骤S101中所产生的还原烟气与富氧空气及辅助燃料气混合燃烧，产生高温含尘烟气。

由于从矿热炉顶部产生的高温的还原烟气的温度高达650℃～750℃，且含有约占总体积74％～83％的一氧化碳，这部分热量可以直接回收利用，用于加热外部介质或作为进料预热的介质。也可以用于锅炉的换热介质，以获取低压或中压蒸汽或锅炉水等公用工程原料。但是，直接换热将直接导致一氧化碳外排，且烟气中的粉尘中含有的大量的氧化硅细颗粒会附着在换热容器的器壁上，难以清理，存在安全隐患。

作为一个优选地实施例，由所述矿热炉顶部产生的高温的还原烟气在密闭的焚烧炉中，与空气及少量的辅助燃料气进行焚烧，使还原烟气中的一氧化碳氧化，转化为二氧化碳，此时由于空气的作用，焚烧后产生的含7％-10％的二氧化碳的高温含尘烟气的温度约为450℃～550℃。将此高温含尘烟气收集，并经过管线导出，以进一步回收烟气中的热量，降低烟气中的粉尘含量和二氧化碳含量。为进一步使所述还原烟气中的一氧化碳及其他可燃组分充分焚烧转化，优选地，所述空气为富氧空气，即所述空气中的氧含量约为23％-25％。

另一方面，富氧状态下，所述还原烟气中的烟尘中还有的碳颗粒及处于低价态的金属氧化物(例如氧化亚铁)充分氧化，形成二氧化碳及高价态的金属氧化物，降低还原烟气中的碳含量，降低大量颗粒小、质量轻、比表面积大、吸附性能强的碳微粒在焚烧炉的炉壁以及除尘设备的器壁上吸附的概率，降低设备检维修率。

S103.步骤S101中所产生的冶炼矿渣与工业水混合水洗，并沥干，得到水洗渣。

将熔化的液态合金注入双阶梯包、镇静5～8分钟，排渣。将双阶梯包中的液体合金倒包后浇铸，获得硅锰合金。所述矿热炉底部的冶炼矿渣冲入洗渣池，与水接触混合，进行洗渣，并沥水后，产生含水率15％～20％的水洗渣。所述水洗渣中含有超过30％的氧化钙及氧化镁，还含有超过7％的锰。

S104.步骤S103中所得到的水洗渣与步骤S102中所产生的高温含尘烟气换热，所述水洗渣经混干至含水率小于3％，得到干燥水洗渣，所述高温含尘烟气经换热降温后形成中温含尘烟气。

将上述的水洗渣与步骤S102中所得到的高温含尘烟气接触换热，一方面回收利用高温含尘烟气中的余热，降低水洗渣中的含水率，得到含水率小于3％的干燥水洗渣。另一方面，利用所述水洗渣中含有的氧化钙、氧化镁等物质对高温含尘烟气中二氧化碳及部分粉尘进行吸收吸附，降低外排烟气中的二氧化碳的含量，降低综合碳排放量。

作为优选，上述水洗渣与高温含尘烟气在水洗渣干燥装置中进行接触换热，所述水洗渣干燥装置包括一接触换热滚筒，所述接触换热滚筒内壁上设置有螺旋状抄板，所述接触换热滚筒中空，形成接触换热腔。所述接触换热滚筒的一端设置有湿水洗渣进料口，另一端设置有干燥水洗渣出料口，所述接触换热滚筒靠近所述干燥水洗渣出料口的一端设置有高温含尘烟气入口，靠近所述湿水洗渣进料口的一端设置有中温含尘烟气出口。高温含尘烟气在所述接触换热滚筒中接触换热，一方面通过所述高温含尘烟气干燥湿水洗渣，另一方面，通过所述水洗渣中含有的氧化钙和氧化镁，吸收高温含尘烟气中的烟尘及二氧化碳，从而回收利用能量的同时，降低二氧化碳和烟尘的排放量。

S105.步骤S104中所得到的干燥水洗渣与硅锰合金渣、冶炼尘灰及氧化铝按预定比例充分混合，得到预配混合料，其中，所述冶炼尘灰由下述步骤f中所得到的低温含尘烟气进行干式除尘所得。

例如，按重量份计，所述预配料包括干燥水洗渣100份、硅锰合金渣100份、冶炼尘灰20份及氧化铝5份。

例如，按重量份计，所述预配料包括干燥水洗渣100份、硅锰合金渣100份、冶炼尘灰50份及氧化铝10份。

例如，按重量份计，所述预配料包括干燥水洗渣200份、硅锰合金渣50份、冶炼尘灰20份、及氧化铝5份。

例如，按重量份计，所述预配料包括干燥水洗渣200份，硅锰合金渣50份、冶炼尘灰50份及氧化铝10份。

例如，按重量份计，所述预配料包括干燥水洗渣150份，硅锰合金渣80份、冶炼尘灰20份及氧化铝5份。

例如，按重量份计，所述预配料包括干燥水洗渣150份，硅锰合金渣80份、冶炼尘灰30份及氧化铝10份。

S106.步骤S105中所得到的预配混合料与步骤S104中所形成的中温含尘烟气充分接触换热，得到所述预配料及低温含尘烟气。将所述预配混合料与中温含尘烟气接触换热，一方面进一步回收利用中温含尘烟气中携带的热量，使得所述预配混合料烧结，并预热，另一方面，利用所述预配混合料进一步降低中温含尘烟气中的二氧化塔含量及粉尘含量。在接触反应过程中，由于干燥水洗渣、冶炼尘灰及氧化铝均具有较大的比表面积，且氧化铝还具有较大的孔隙率，能够有效地提高其对中温含尘烟气中粉尘的捕捉力度，从而有效地降低外排烟气中的粉尘含量。

一较佳实施例中，在配置所述预配混合料时，向所述预配混合料中加入占水洗渣总加入量10％～30％的湿水洗渣，以利用湿水洗渣使各个物料混配粘接，并在中温含尘烟气接触过程中，烧结成块状的预混料，然后将块状的预混料粉碎成与矿石等原料相近粒径的颗粒，得到粒状预配料，所述粒状预配料的平均粒径为0.5cm～1cm，以使在所述矿热炉中，物料能够均匀下降，降低在矿热炉中塌炉的概率。

进一步地，步骤S106中所得到的低温含尘烟气的除尘方式为旋风分离除尘，以进一步降低外排烟气中的粉尘含量，同时分离得到所述冶炼尘灰。

值得说明的是，上述过程中，冶炼尘灰实际上经过高温含尘烟气与湿水洗渣接触时被捕获一部分，经过所述中温含尘烟气与预配混合料接触过程中被捕获一部分，余量由最终低温含尘烟气除尘得到的冶炼尘灰加入。

以下通过具体实施例，进一步说明本发明的技术方案以及技术效果。

实施例1-6

将锰矿石(平均含锰量28.5％)2000Kg，富锰渣(平均含锰量36％)800kg，硅石250kg，焦炭450kg以及预配料50kg，混合均匀，送入25000KVA的密闭的硅锰合金矿热炉中进行冶炼，保持在1600℃～2000℃的冶炼温度下冶炼3h～6h。

其中，预配料中，各物质的重量份数如下表所示：

表1实施例1-6中预配料中各物质重量份

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							水洗渣(份)	100	100	200	200	150	150
硅锰合金渣(份)	100	100	50	50	80	80
							氧化铝(份)	5	10	5	10	5	10
冶炼尘灰(份)	20	50	20	50	20	30

其中，预配料的配置过程为：矿热炉产生的还原烟气与燃料气及富氧燃烧，产生高温含尘烟气，高温含尘烟气与水洗渣接触，得到干燥水洗渣及中温含尘烟气，干燥水洗渣、湿水洗渣、硅锰合金渣、氧化铝及冶炼尘灰混合后，与中温含尘烟气接触，烧结成块状的预混料，并将块状的预混料破碎成粒径为0.5cm～1cm的颗粒状预混料。

实施例7

将锰矿石(平均含锰量28.5％)2000Kg，富锰渣(平均含锰量36％)800kg，硅石250kg，焦炭450kg以及预配料100kg，混合均匀，送入25000KVA的密闭的硅锰合金矿热炉中进行冶炼，保持在1600℃～2000℃的冶炼温度下冶炼3h～6h。

其中，预配料中，按重量计，含水洗渣100份，硅锰合金渣100份，氧化铝5份，冶炼尘灰20份。

其中，预配料的配置过程为：矿热炉产生的还原烟气与燃料气及富氧燃烧，产生高温含尘烟气，高温含尘烟气与水洗渣接触，得到干燥水洗渣及中温含尘烟气，干燥水洗渣、湿水洗渣、硅锰合金渣、氧化铝及冶炼尘灰混合后，与中温含尘烟气接触，烧结成块状的预混料，并将块状的预混料破碎成粒径为0.5cm～1cm的颗粒状预混料。

上述实施例中，相比传统的冶炼工艺及烟气处理工艺，检测其冶炼后产生的水洗渣中的含锰量，水洗渣中含锰量降低至6％左右，相比传统冶炼工艺，提高了锰回收率。冶炼过程中，统计冶炼炉内塌炉的次数，上述实施例中冶炼炉塌炉的次数由传统的5-6次/炉降低至3-4次/炉，可见使用所述预配料，有利于降低冶炼炉内塌炉的频次。同时，检测外排烟气的粉尘含量及二氧化碳含量，粉尘含量显著降低，且粉尘中的碳含量显著降低，二氧化碳排放量显著降低，外排烟气中几乎不含一氧化碳。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种硅锰合金高效冶炼方法，其特征在于，将占原料总进料量8%~20%的预配料与锰矿石、富锰渣、硅石、焦炭混合，在密闭型矿热炉内进行冶炼；其中，所述预配料包括干燥水洗渣、硅锰合金渣、冶炼尘灰及氧化铝。

2.如权利要求1所述的硅锰合金高效冶炼方法，其特征在于，按重量份计，所述预配料包括干燥水洗渣100份~200份，硅锰合金渣50份~100份、冶炼尘灰20份~50份及氧化铝5份~10份。

3.如权利要求1所述的硅锰合金高效冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：

a. 将所述预配料与锰矿石、富锰渣、硅石、焦炭混合，在密闭型矿热炉内进行冶炼，所述矿热炉炉顶产生还原烟气，且炉低产生冶炼矿渣；

b. 步骤a中所产生的还原烟气与富氧空气及辅助燃料气混合燃烧，产生高温含尘烟气；

c. 步骤a中所产生的冶炼矿渣与工业水混合水洗，并沥干，得到水洗渣；

d. 步骤c中所得到的水洗渣与步骤b中所产生的高温含尘烟气换热，所述水洗渣经混干至含水率小于3%，得到干燥水洗渣，所述高温含尘烟气经换热降温后形成中温含尘烟气；

e. 步骤d中所得到的干燥水洗渣与硅锰合金渣、冶炼尘灰及氧化铝按预定比例充分混合，得到预配混合料，其中，所述冶炼尘灰由下述步骤f中所得到的低温含尘烟气进行干式除尘所得；

f. 步骤e中所得到的预配混合料与步骤d中所形成的中温含尘烟气充分接触换热，得到所述预配料及低温含尘烟气。

4.如权利要求3所述的硅锰合金高效冶炼方法，其特征在于，步骤f中所得到的低温含尘烟气的除尘方式为旋风分离除尘。

5.如权利要求3所述的硅锰合金高效冶炼方法，其特征在于，步骤f中，对所得到的预配料进行造粒操作，得到粒状预配料。

6.如权利要求5所述的硅锰合金高效冶炼方法，其特征在于，所述粒状预配料的平均粒径为0.5cm~1cm。

7.如权利要求5所述的硅锰合金高效冶炼方法，其特征在于，利用所述水洗渣作为湿料，对所述预配料进行造粒。